增氧灌溉对秋黄瓜根系生长的影响
2016-09-12胡德勇姚帮松SUNinghu
胡德勇，姚帮松，SU Ninghu，沈 维
( 1.湖南农业大学 工学院，长沙 410128；2.澳大利亚詹姆斯库克大学，汤斯维尔市州 Q4810 )
增氧灌溉对秋黄瓜根系生长的影响
胡德勇1，姚帮松1，SU Ninghu2，沈维1
( 1.湖南农业大学 工学院，长沙410128；2.澳大利亚詹姆斯库克大学，汤斯维尔市州Q4810 )
为了探明增氧灌溉对作物根系生长的影响，以大棚秋黄瓜为研究对象，采用增氧灌溉技术进行大棚盆栽试验研究。结果表明：从幼苗期到结瓜期，秋黄瓜的主根长、须根数、鲜根质量、干根质量对比结果均为T1>T2>CK，且T1与CK相比，3个阶段的主根长分别高出35.37%、50.13%、46.23%，须根数分别增加142.25%、14.66%、65.89%，鲜根质量分别提高80.93%、45.75%、22.30%，干根质量分别增长125.81%、19.67%、64.12%。可见，幼苗期后，加大对秋黄瓜耕作层土壤氧气补给力度，更有利于秋黄瓜根系生长。
增氧灌溉；秋黄瓜；根系
国内外部分学者[1-6]研究认为，不通气的土壤或者土壤的氧气不足是作物生长的主要限制因子之一，土壤通气能促进作物根部的新陈代谢，增加作物的叶绿素质量分数，改善作物的品质，增加作物的产量。增氧灌溉通过增加灌溉水中氧气的质量分数，改善作物灌溉后根系出现的供氧不足以及缺氧症的根区生长环境，保障根系生长的功能、土壤微生物的活动及矿物质的转化，提高水肥的利用效率[2-3]。本研究利用增氧灌溉原理与技术，对秋黄瓜不同生育阶段进行不同根际通气处理试验，通过对其根系生长主要农艺性状指标的比较研究，探明增氧灌溉对秋黄瓜根系生长的影响，为优化和改善秋黄瓜的土壤生长环境和栽培技术提供科学依据。
1 材料与方法
1.1供试材料
试验在湖南农业大学耘园基地玻璃大棚内进行，试验品种为山东省农科院蔬菜研究所生产的“露地生金”牌秋黄瓜。供试土壤为第四纪红土发育的红黄泥，取耘园基地大田内土壤耕作层熟土，其基本理化性状为土壤pH 6.03，田间持水率40.59%，有机质、全N、全P和全K质量分数分别为17.74 g·kg-1、1.51 g·kg-1、191 g·kg-1、13.03 g·kg-1，碱解N、速效P和速效K质量分数分别为219.14 mg·kg-1、5.65 mg·kg-1、201.88 mg·kg-1。
1.2试验设计
采用盆栽试验随机区组设计，设3个处理，处理1(T1)为早(6：00)中(12:00)晚(18:00)3次增氧灌溉，处理2(T2)早上(6:00)一次增氧灌溉，处理3为对照组(CK)，单盆直径23 cm，高30 cm，每盆装土6 kg，每处理36盆，共108盆。8月22日播种，将秋黄瓜生育期分为发芽期(8月22日至8月29日)、幼苗期(8月30日至9月14日)、初花期(9月15日至10月7日)、结瓜期(10月8日至11月12日)4个阶段，每盆播种6粒，幼苗期过后间苗，每盆留苗1株。用自制增氧灌溉设备(专利号ZL201320187007.X)对土壤根际不同氧气环境进行控制，每次增氧灌溉都要使得土壤中氧气质量分数达到或接近大气质量分数，用土壤通气性测定仪(DIK-5001)监控增氧过程。病虫草害及其他田间管理与当地露天栽培相同，11月12日收获。
1.3取样及测定项目
鲜根和干根质量在室内用Setra EL-4100电子称测定，鲜根质量直接测定，干根质量待样品杀青烘至恒质量后测定(烘干时首先放入101-2型恒温干燥箱中用105 ℃杀青10 min，再调温至80 ℃烘24 h)。
根数用根袋法测定[8]，用清水洗净，尽量保持根系完整。
以上鲜根和干根质量及根数的测定，均为每处理每个生长发育阶段末期随机取样3株进行。
1.4数据统计
采用DPS 7.05专业版和Excel 2007软件进行数据处理和统计分析。
2 结果与分析
2.1增氧灌溉对大棚秋黄瓜主根长的影响
由图1可知，T1、T2与CK相比，对秋黄瓜不同生育时期主根长度有显著影响，方差分析达到显著或极显著水平，虽然发芽期T1的根长小于CK，仅为CK的67.58%，但是T2的根长大于CK，高出CK 12.47%，这一方面说明幼苗期根系生长需要较好的根际氧环境，T2每天增氧灌溉1次对幼苗主根生长有利，但另一方面也说明T1加氧次数过多可能导致耕作层土壤扰动较大，从而影响幼根生长。从幼苗期开始到结瓜期3个阶段主根长度生长趋势渐趋一致，对比结果均为T1>T2>CK，且T1与CK相比，3个阶段分别高出35.37%、50.13%、46.23%，T2与CK相比，3个阶段分别高出8.44%、20.72%、6.56%，说明从幼苗期后，加大对秋黄瓜耕作层土壤氧气补给力度，更有利于秋黄瓜主根生长。而且不同生育时期影响程度也各不相同，从3个处理根长数据对比分析来看，T1对幼苗期、初花期和结瓜期根长的影响较大，T2对发芽期影响较大。可见，增氧灌溉对秋黄瓜各生育期主根生长均有促进作用。
2.2增氧灌溉对大棚秋黄瓜须根数的影响
由图2可知，T1、T2与CK相比，对秋黄瓜不同生育时期须根数量有显著影响，影响的趋势与主根长基本一致，方差分析达到显著或极显著水平。发芽期T1、T2的根数均小于CK，为CK的46.32%和89.02%，且T1
图中不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05),不同大写字母表示处理间差异极显著(P<0.01),下同。
Lowercase letters in Fig show significant difference at level ofP<0.05，uppercase letters show very significant difference at level ofP<0.01,the same as below．
图1不同处理下秋黄瓜不同生育时期根长的变化
Fig.1Changes of different treatments on length of autumn
cucumber main root at different growth stages
图2 不同处理下秋黄瓜不同生育时期须根数的变化
2.3增氧灌溉对大棚秋黄瓜鲜根质量的影响
由图3可知，T1、T2与CK相比，对秋黄瓜不同生育时期鲜根质量也有显著影响，影响的趋势与主根长和根数基本一致，方差分析达到显著水平。发芽期T1的鲜根质量小于T2和CK(T2和CK基本一致)，为CK的66.28%，这也进一步说明加氧次数过于频繁可能导致耕作层土壤扰动较大，从而影响幼根生长；从幼苗期开始，初花期和结瓜期3个阶段鲜根质量增加趋势渐趋于一致，均表现为T1>T2>CK，且T1分别高出CK 80.93%、45.75%、22.30%，T2分别高出CK 46.19%、0.59%、12.69%，说明从幼苗期后，加大对秋黄瓜耕作层土壤氧气补给力度，更有利于秋黄瓜根系生长，而且不同生育时期影响程度也各不相同，从3个处理根数对比分析来看，T1对幼苗期、初花期和结瓜期鲜根质量的影响较大，且对幼苗期鲜根质量的影响最为明显，其次为初花期、结瓜期，这也与增氧灌溉利于秋黄瓜幼苗根系生长，从而提高壮苗指数相符合。因此，再次说明增氧灌溉对秋黄瓜各生育期根系生长有促进作用。
图3 不同处理下秋黄瓜不同生育时期鲜根质量的变化
2.4增氧灌溉对大棚秋黄瓜干根质量的影响
由图4可知，T1、T2和CK相比，对秋黄瓜不同生育时期干根质量也有显著影响，影响的趋势与主根长、根数和鲜根质量基本一致，方差分析达到显著或极显著水平。发芽期T1、T2的干根质量均小于CK，分别为CK的49.68%和82.99%，进一步说明加氧过程过于频繁可能导致耕作层土壤扰动较大，从而影响幼根生长；从幼苗期开始，初花期和结瓜期3个阶段，T1的干根质量增加优势逐渐显现，均高于T2和CK，且T1与CK相比，分别高出125.81%、19.67%、64.12%，T2与CK相比，分别高出28.71%、3.28%、39.41%，说明从幼苗期后，加大对秋黄瓜耕作层土壤氧气补给力度，更利于秋黄瓜根系生长和干物质的积累。
图4 不同处理下秋黄瓜不同生育时期干根质量的变化
2.5增氧灌溉对大棚秋黄瓜根系干鲜比的影响
由图5可知，不同处理对秋黄瓜不同生育时期根系干鲜比也有显著影响，方差分析达到显著水平。不同处理4个生育时期的根干鲜比分别为T1，4.89%、16.39%、5.91%、5.49%；T2，5.32%、12.46%、7.39%、5.06%；CK，6.53%、13.14%、7.19%、4.09%；从不同处理不同生育时期干鲜比的绝对比率来看，不同处理条件下秋黄瓜根系干鲜比最大值均在幼苗期，其次为初花期；从不同处理不同生育时期干鲜比的对比来看，发芽期CK>T2>T1，幼苗期T1>T2> CK，初花期T2>CK>T1，结瓜期T1>T2>CK；从根系干物质积累来看，4个生育时期的最佳处理分别为发芽期CK，幼苗期T1，初花期T2，结瓜期T1。
图5 不同处理下秋黄瓜不同生育时期根系干鲜质量比
2.6不同处理对大棚秋黄瓜根系生长的综合分析
如表1所示，综合秋黄瓜主根长、须根数、鲜根质量、干根质量、干鲜比等根系农艺性状指标特性分析，秋黄瓜4个生育时期较好的处理分别为：发芽期CK，幼苗期T1，初花期T1，结瓜期T1。
表1 秋黄瓜不同生育期不同根系指标的最佳处理
3 讨论与小结
国外学者[1-7]通过试验发现，作物常因根际土壤中气相比例低，或土壤气体中CO2浓度高而O2浓度低，都会影响作物根系的吸收及生长发育，进而影响作物地上部的生长发育。国内学者[8-15]分别以马铃薯、水稻、菠萝、甜瓜等为研究对象，通过机械增氧、化学增氧等不同的通气试验，设计的不同处理的产量、农艺特性和生理特性都得到具有显著差异的结论。本研究结果表明， T1和T2处理与CK相比，对秋黄瓜不同生育时期主根长度、须根数量、鲜根质量、干根质量及根系干鲜比有显著影响。从研究结果来看，幼苗期后，加大对秋黄瓜耕作层土壤氧气补给力度，更有利于秋黄瓜根系生长，有利于秋黄瓜根系干物质的积累和根系活力的增强。综合秋黄瓜主根长、须根数、鲜根质量、干根质量、干鲜比等根系农艺性状指标特性分析，秋黄瓜4个生育时期较好的处理分别为：发芽期CK，幼苗期T1，初花期T1，结瓜期T1。
颜启传[16]研究认为，种子发芽时有氧呼吸特别强烈，需要充足的氧气供应，而且一些酶的活动也需要氧气参与，当种子吸水时，随吸水量增加，其需氧量也增加，当种子处于吸水停滞期，耗氧量相对稳定，但当胚根突破种皮时，其需氧量又急剧增加。因此，如果发芽期供氧不足，种子进入缺氧呼吸，产生醇、酸类物质，就会使得种子的发芽率下降。而本研究结果表明，发芽期T2好于T1，说明秋黄瓜幼苗期根系生长需要较好的根际氧环境，但机械气态增氧方式过多可能导致耕作层土壤扰动较大，从而影响幼根生长。所以，对幼苗阶段增氧灌溉的方式还有待于进一步研究。
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Corresponding authorYAO Bangsong,male,professor.Research area:efficient utilization of agricultural water.E-mail:yaobangsong@sohu.com
(责任编辑：潘学燕Responsible editor:PAN Xueyan)
Efects of Aerated Irrigation on Growth of Autumn Cucumber Root
HU Deyong1,YAO Bangsong1,SU Ninghu2and SHEN Wei1
(1.College of Engineering,Hunan Agricultural University,Changsha410128,China;2.James Cook University,Australia TownsvilleQ4810,Australia)
Taking autumn cucumber as research object, we used aerobic irrigation technology and greenhouse pot experiment to study the effects aerobic irrigation on autumn cucumber root. The results showed that there was a significant effect on the growth of autumn cucumber root at different stages. From the seedling stage to the cucumber formation, the control result in the length of root,the number of fibrous root,the fresh mass of root,the dry mass of root was in the order T1>T2>CK；and we compared T1 with CK at the above three same stages, the length of root 35.37%, 50.13%, 46.23% higher respectively, the numbers of fibrous root respectively increased 142.25%,14.66%, 65.89%, the fresh mass of root increased 80.93%, 45.75% and 22.30% respectively, the dry mass of root respectively increased 125.81%, 19.67%, 64.12%. Therefore, increasing farming layer soil oxygen to autumn cucumber was more conducive to the growth of the root of autumn cucumber after the seedling stage.
Aerated irrigation; Autumn cucumber；Root
2015-10-30Returned2015-12-10
National Natural Science Foundation of China (No. 31401951);Program of National International Cooperation in Science and Technology (No. 2013DFG91190).
HU Deyong,male,Ph.D.Research area: agricultural of environmental science and engineering.E-mail:hdy9609@hunau.net
2015-10-30
2015-12-10
国家自然科学基金(31401951)；国家国际科技合作专项(2013DFG91190)。
胡德勇，男，博士，研究方向为农业环境科学与工程。E-mail：hdy9609@hunau.net
姚帮松，男，教授，研究方向为农业水资源高效利用。E-mail：yaobangsong@sohu.com
Q945
A
1004-1389(2016)08-1224-05
网络出版日期：2016-07-14
网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20160714.1105.032.html
